JP4428081B2

JP4428081B2 - 有機物含有汚泥の炭化処理方法

Info

Publication number: JP4428081B2
Application number: JP2004047123A
Authority: JP
Inventors: 忠敏甲; 誠北林
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2024-02-23
Also published as: JP2005230789A

Description

この発明は下水汚泥等の有機物含有汚泥を炭化炉を用いて乾留処理により炭化する炭化処理方法に関する。

家庭等から排出される有機物含有の排水は一般に下水処理施設で活性汚泥法等により排水処理される。
この排水処理に伴って有機汚泥が発生するが、排水処理量の増加とともに有機汚泥の発生量も年々増加し、その処理・処分が大きな問題になっている。

有機汚泥を処分するに際し、その有機汚泥には９９％程度の水が含まれていてそのままでは処分できず、そこで減量化のために濃縮及び脱水処理したり、或いは更に焼却したり溶融したりするなど様々な処理が現在施されている。
しかしながら汚泥を焼却或いは溶融処理すると多量のエネルギーを消費し、処理コストが高いものとなる。
そこでエネルギー消費の少ない有機汚泥の減量化処理の１つの方法として、汚泥を乾留処理により炭化することが提案されている。

この炭化処理は、汚泥が基質中に炭素分を４５重量％程度含んでいることから、焼却，溶融処理のように汚泥中の炭素分を消費してしまうのではなく、汚泥を無酸素或いは低酸素状態で熱分解（炭化）することにより炭素分を残留させ、新しい組成を持つ炭化物（炭化製品）として生成させるものである。
下記特許文献１〜４にはそのための炭化処理方法、即ち有機物含有汚泥の炭化処理方法が開示されている。

例えば特許文献４には、含水率８０％程度まで脱水された汚泥ケーキを受入ホッパに受け入れ、そしてこの汚泥ケーキを定量供給装置で乾燥炉に送ってそこで所定の含水率例えば４０％程度の含水率まで乾燥処理した上、その乾燥後の汚泥をコンベヤで炭化炉に搬送して、そこで乾留処理により汚泥の炭化をなすようにした炭化処理方法が開示されている。

この炭化処理方法では、炉体内に乾留容器としての回転ドラムから成るレトルトを回転可能に設けて成る炭化炉を用い、そして炉体内を減圧吸引しつつ、レトルトの軸方向一端側から有機物含有汚泥をレトルト内に入れて軸方向に移動させ、汚泥を加熱下に乾留処理により炭化させた上で、炭化物をレトルトの軸方向他端側から排出する。
このようにして得られた炭化物（炭化製品）は物性的には木炭に近い性状を有するものであり、現在園芸用土壌，融雪剤等の用途に利用されている。

ところでこれら特許文献１〜４に開示された処理対象物としての有機物含有汚泥は、何れも下水処理場で排水処理された下水汚泥である。
有機物含有汚泥には上記の下水汚泥の他に屎尿汚泥、即ち家庭等の汲取式の便所から排泄物を汲取車（バキュームカー）で汲み取って直接屎尿処理場へと運び、そこで屎尿処理した後の汚泥があり、このような屎尿汚泥もまた下水汚泥と同様にその処理・処分が問題となる。

この屎尿汚泥は組成的には下水汚泥と基本的に同じものであり、従ってこの屎尿汚泥もまた、下水汚泥と同様に上記の炭化処理方法によって処理することが可能である。
しかしながら本発明者等が実際に屎尿汚泥を下水汚泥に混合して、その混合汚泥を上記炭化処理方法で炭化処理したところ、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度が高くなる事実が判明した。

下水汚泥を単独で上記のようにして炭化処理した場合、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度は規制値以下の低いものであり、従ってこの場合には炭化炉からの排ガス中のダストを集塵するための集塵機は特に必要としない。

しかしながら屎尿汚泥を下水汚泥に加えた混合汚泥を炭化処理した場合、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度が高くなることから、そのダスト濃度の如何によっては排ガスに対して集塵を行うための集塵機が別途に必要となる。
しかしながら集塵機を別途に設けるとなると設備の機器点数が多くなり、設備コストが高くなってしまう。

特開平１１−３７６４４号公報特開平１１−３３５９９号公報特開平１１−３７６４５号公報特開平１１−３７６５６号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、処理対象とする汚泥の種類の如何を問わず、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度を低くでき、従って炭化炉からの排ガスに対する集塵のための集塵機を不要となし得て、設備コストを低廉となし得る有機物含有汚泥の炭化処理方法を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１の処理方法は、炉体内に乾留容器としての回転ドラムから成るレトルトを回転可能に設けて成る炭化炉を用い、該炉体内を減圧吸引しつつ該レトルトの軸方向一端側から有機物含有汚泥を該レトルト内に入れて軸方向に移動させ、該汚泥を加熱下に乾留処理により炭化させた上で、炭化物を該レトルトの軸方向他端側より排出する有機物含有汚泥の炭化処理方法において、前記炉体内の減圧圧力を−８０Ｐａ〜０Ｐａ未満に保持制御しつつ炭化処理を行うことを特徴とする。

請求項２の方法は、請求項１において、前記減圧圧力を−５５Ｐａ〜０Ｐａ未満に保持制御することを特徴とする。

請求項３の方法は、請求項１，２の何れかにおいて、前記有機物含有汚泥が屎尿汚泥を含んだものであることを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、炭化炉を用いて有機物含有汚泥を炭化処理するに際し、その炉体内の減圧圧力を−８０Ｐａ〜０Ｐａ未満に保持制御しつつ炭化処理を行うものである。
炭化炉の炉体内を減圧吸引するのは、その減圧吸引を通じてレトルト内を還元雰囲気に保ち、また炭化処理の際に生じた白煙が炉体の隙間等から炉外に噴出するのを避けるためであるが、その際の減圧吸引力はこれらの条件を満たす限りそれ程強いものでなくても良い。

一方でこの減圧吸引力の大小は、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度と相関関係のあることが判明した。
即ち本発明者等が炭化炉からの排ガス中のダスト濃度と各種因子との関係を調べたところ、炉体内を減圧吸引する際の減圧圧力とダスト濃度との間に一定の相関関係があり、その減圧圧力を小さくすることで、つまり正圧により近づけることで排ガス中のダスト濃度が低下する事実を見出した。

その理由について、例えば下水汚泥の場合には下水処理場での滞留期間が長く、その間に腐敗が十分に進行して下水汚泥そのものが腐敗度の高いものであるのに対し、屎尿汚泥の場合には屎尿処理場での滞留期間が短く、腐敗が十分に進行していないことが何らかの形で関係している可能性があるが、現時点ではその明確な理由については判明していない。

本発明ではまた炉体内の減圧圧力を小さくするに当って、その減圧圧力を−８０Ｐａ〜０Ｐａ未満に保持制御することによって、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度を効果的に低く規制できることを併せて見出した。

本発明はこのような知見の下に完成されたもので、かかる本発明によれば、炭化炉の排ガスに対して集塵を行う集塵機を付加する必要をなくし、以って炭化処理設備そのものに要する機器部品の点数を少なくし得て、設備コストを低廉化することができる。

本発明は、下水汚泥を単独で炭化処理するに際しても、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度を従来に増して低くできるものであり、従って下水汚泥そのものを単独で炭化処理するに際しても適用可能なものであるが、特にダスト濃度が高くなる屎尿汚泥を含んだ有機物含有汚泥を処理する際に適用して、大なる効果を奏するものである（請求項３）。
特に本発明は屎尿汚泥と下水汚泥との混合汚泥を炭化処理する際に好適に適用可能である。

本発明において、上記炉体内の減圧圧力は−５５Ｐａ〜０Ｐａ未満に保持・制御することがより望ましい（請求項２）。
このような条件下で炭化処理を行うことによって、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度を更に効果的に低減することができる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて以下に詳しく説明する。
図１は本発明の実施形態の炭化処理方法を実施するための炭化処理装置の全体構成を示したもので、図中１０は受入ホッパであり、含水率８０％程度まで脱水された汚泥ケーキがこの受入ホッパ１０に先ず受け入れられる。
ここに受け入れられた汚泥ケーキは、定量供給装置１２にて乾燥炉１４へと送られ、そこで所定の含水率、例えば４０％程度の含水率まで乾燥処理される。
尚この乾燥炉１４では、汚泥ケーキの乾燥と併せてその粉砕が行われる。

乾燥炉１４で乾燥処理された汚泥は、続いてコンベヤ１６により炭化炉１８へと搬送され、そこで乾留処理により汚泥の炭化が行われる。
この炭化炉１８には、図２にも示しているように炉体２０の内部に乾留容器としての円筒形状の回転ドラムから成るレトルト２２が設けられており、前段の乾燥炉１４で乾燥処理された汚泥がコンベヤ１６により、更にはレトルト２２の前端部（図中左端部）位置に設けられたスクリューフィーダ（図示せず）によりレトルト２２内部に投入される。

レトルト２２内部に投入された汚泥は、先ず炉体２０内部に配設された助燃バーナ（外熱室用バーナ）２４による外熱室２６内部の雰囲気加熱によって加熱される。
すると汚泥中に含まれていた可燃ガスが、レトルト２２に設けられた吹出パイプ２８を通じて外熱室２６の雰囲気中に抜け出し、そしてこの可燃ガスが着火して、以後はその可燃ガスの燃焼によりレトルト２２内部の汚泥の加熱が行われる。
この段階では助燃バーナ２４は燃焼停止される。

図２に示しているように、炉体２０の内部には外熱室２６と仕切られた排ガス処理室３０が設けられており、外熱室２６からの排ガスはここに導かれる。
この排ガス処理室３０には排ガス処理室用バーナ３２が設けられており、排ガス処理室３０内に導かれた排ガス中の未燃ガスがこの排ガス処理室用バーナ３２にて燃焼される。

レトルト２２内部の汚泥は、図中左端からレトルト２２の回転とともに漸次図中右方向に移って行き（レトルト２２には若干の勾配が設けてある）、そして最終的に乾留残渣（炭化製品）がレトルト２２の図中右端の出口２１、つまり炭化炉１８から排出される。

尚、排ガス処理室３０には排気口３１が設けられており、排ガス処理室３０で燃焼処理された後の排ガスは、この排気口３１を通じて後述の排気路５６へと排気され、その排気路５６上に設けられた排ガスファン６０によって、排気路５６を通じ煙突５２から大気中に放出される。

炭化炉１８は、この排ガスファン６０によって炉体内が減圧吸引されており、その減圧吸引によってレトルト２２内が還元雰囲気に保たれている。
レトルト２２内部での乾留処理による炭化はそのような減圧条件下で行われる。

図１において、３４は乾燥炉１４に供給する熱風を発生させるための熱風炉で、ここでは供給された燃料が燃焼空気の供給の下で燃焼させられて熱風を発生する。
尚ここではパイロットバーナ用にＬＰＧが用いられ、燃焼バーナ用に灯油が用いられている。

熱風炉３４で発生した熱風は乾燥炉１４に供給され、更にこれを通過して、その後段の集塵機３６を通ってそこで集塵され、再び熱風炉３４に戻されるようになっている。
即ち熱風炉３４で発生した熱風は、乾燥炉１４，集塵機３６を通る循環路３８を循環ファン４０により循環流通させられるようになっている。
この循環系では、乾燥炉１４においてリークエアが循環する熱風中に入り込む。

一方で熱風炉３４には燃焼空気が定量供給されており、そのためここでは熱風の一部を抜き取るべく、熱風炉３４の下流部において分岐路４２が設けられており、熱風炉３４から出た熱風の一部がこの分岐路４２を通じて外部に取り出されるようになっている。

この分岐路４２に取り出された熱風は高温状態（約７００℃程度）にあり、そこで分岐路４２に取り出された熱風が、循環路３８上に設けられた熱風炉熱交換器４４で熱交換され、更に空気取入口４８から取り入れられた外気により希釈及び冷却された上で、排ガスファン４６により排気路５０，５１を通じて煙突５２から外部に放出される。
ここで分岐路４２に取り出された熱風の、熱風炉熱交換器４４で熱交換された後の温度は約４００℃程度であり、そして空気取入口４８からの外気の取入れによる希釈・冷却により、排ガスファン４６の下流部で温度は約２００〜２５０℃程度となる。

尚、空気取入口４８からの空気の取入量は調整弁５４によって調整される。
また循環路３８を循環流通する熱風は、熱風炉熱交換器４４で熱交換されることによりそこで温度上昇させられた上、熱風炉３４の入口に戻される。

上記炭化炉１８からは、具体的には炉体２０に設けた排気口３１からは炉体２０内の排ガスを排気するための排気路５６が延び出している。
この排気路５６に取り出された炭化炉１８からの排ガスは、温度が８００〜１０００℃程度の高温度であり、そこで先ず空気取入口６２からの外気の取入れによって希釈及び冷却された上で、循環路３８上に設けられた炭化炉熱交換器５８で熱交換され、そこで温度降下された後、更に炭化炉熱交換器５８の下流部において、空気取入口６３からの外気の取入れにより再び希釈・冷却された上で、排ガスファン６０により排気路６１，５１を通じて煙突５２から外部に放出される。

尚炭化炉１８から排気された排ガスは、空気取入口６２からの外気の取入れによる希釈・冷却により、その温度は約７００℃程度となり、そして炭化炉熱交換器５８における熱交換、更に空気取入口６３からの外気の取入れによる冷却によって２００〜２５０℃程度の温度まで温度降下された上で、排ガスファン６０により排気路６１，５１を通じ煙突５２から外部に放出される。
この炭化炉１８にはＬＰＧ，灯油等の燃料が燃焼空気とともに供給される。ここでＬＰＧはパイロットバーナの燃焼用として用いられ、また灯油は燃焼バーナ用の燃料として用いられる。

上記のように本実施形態の炭化処理方法では、炭化炉１８の炉体２０内を排ガスファン６０により減圧吸引した状態で炭化処理を行う。
その際の減圧吸引力の強さ即ち炉体２０内の減圧圧力と、炭化炉１８からの排ガス中のダスト濃度との間には一定の相関関係がある。

ここにおいて本実施形態では、炭化炉１８内の炉体２０内圧力を−８０Ｐａ〜０Ｐａ未満、より望ましくは−５５Ｐａ〜０Ｐａ未満に保持制御しつつ炭化処理を行う。
図３は炉体２０内の減圧圧力と炭化炉１８からの排ガス中のダスト濃度との関係を求めてこれを表したものである。
尚この測定結果は下水汚泥に対して屎尿汚泥を、下水汚泥５５％対屎尿汚泥４５％の比率で加えた混合汚泥を対象として炭化処理したときの結果である。

この図３の結果から、炉体２０内圧力と排ガス中のダスト濃度の間には一定の相関関係のあること、炉体２０内圧力を正圧（０）に近づけるほど、ダスト濃度がほぼ直線的に低くなること、炉体２０内圧力を−８０Ｐａ（−８ｍｍ水柱）以上としたときにダスト濃度を望ましい値である０．１５（ｇ／ｍ^３Ｎ）よりも低くできること、特に−５５Ｐａ（−５．５ｍｍ水柱）以上としたときにダスト濃度をより望ましい値の０．１０（ｇ／ｍ^３Ｎ）以下にできることが分かる。
尚図３の測定結果では、排ガス処理室３０内部の圧力測定を以って炉体２０内圧力とした。

従ってこの実施形態によれば、下水汚泥に対して屎尿汚泥を加えた混合汚泥を対象として炭化処理を行った場合においても、炭化炉１８からの排ガス中のダスト濃度を低く抑えることができ、排気路５６上に排ガス中のダストを捕捉するための集塵機を付加するのを省略することができる。
これにより炭化処理設備そのものに要する機器部品の点数を少なくし得て、設備コストを低廉化することができる。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば本発明は上例以外の様々な炭化処理装置を用いた有機物含有汚泥の炭化処理に際して適用することが可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた対応で実施可能である。

本発明の一実施形態の炭化処理方法を実施するための炭化処理装置の一例を示した図である。図１における炭化炉の内部を示した図である。炭化炉の炉体内圧力と炭化炉からの排ガス中のダスト濃度との関係を表した図である。

符号の説明

１８炭化炉
２０炉体
２２レトルト

Claims

炉体内に乾留容器としての回転ドラムから成るレトルトを回転可能に設けて成る炭化炉を用い、該炉体内を減圧吸引しつつ該レトルトの軸方向一端側から有機物含有汚泥を該レトルト内に入れて軸方向に移動させ、該汚泥を加熱下に乾留処理により炭化させた上で、炭化物を該レトルトの軸方向他端側より排出する有機物含有汚泥の炭化処理方法において、
前記炉体内の減圧圧力を−８０Ｐａ〜０Ｐａ未満に保持制御しつつ炭化処理を行うことを特徴とする有機物含有汚泥の炭化処理方法。
請求項１において、前記減圧圧力を−５５Ｐａ〜０Ｐａ未満に保持制御することを特徴とする有機物含有汚泥の炭化処理方法。
請求項１，２の何れかにおいて、前記有機物含有汚泥が屎尿汚泥を含んだものであることを特徴とする有機物含有汚泥の炭化処理方法。